钱德拉发现最遥远的黑洞

钱德拉发现最遥远的黑洞

ByNASA中文

NASA钱德拉X射线天文台的数据揭示最遥远的黑洞。 Credits: X-ray: NASA/CXO/Pontificia Universidad Catolica de Chile/F. Vito; Radio: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); optical: Pan-STARRS 天文学家利用钱德拉X射线天文台发现了一个早期宇宙的黑洞，它被大量气体掩盖，是迄今为止发现的最远的黑洞。这个黑洞存在于大爆炸后8亿年（当今宇宙年龄为138亿年），这是人们发现的第一个迹象，证明宇宙历史早期存在这样的黑洞。 超大质量黑洞的质量是太阳的数百万到数十亿倍，通常通过从周围物质盘中吸取物质来增长。快速的增长会导致黑洞周围一小片区域内产生大量辐射。科学家将这种非常明亮、紧凑的光源称为“类星体（quasar）”。 根据目前的理论，在黑洞的早期成长阶段，一团密集的气体将物质输送到黑洞周围的圆盘中，将类星体大部分的明亮光线从我们的视野中隐藏起来。随着黑洞快速消耗物质并变得更加庞大，气体云被逐渐耗尽，我们就能观测到黑洞周围明亮吸积盘了。 “在这种‘隐形阶段’找到类星体是极具挑战性的，因为它们的大部分辐射都被吸收，目前的仪器无法检测到，”来自智利天主教大学（位于智利圣地亚哥）的研究员Fabio Vito说道，“多亏了钱德拉和X射线穿透气体云的能力，我们终于做到了。” 这一新发现来自对类星体PSO167-13的观测，最初由夏威夷的光学望远镜Pan-STARRS发现。光学望远镜的观测发现，当宇宙年龄不到10亿年时，大约有200个类星体已经很明亮了。这些望远镜只能有效地发现无遮掩的黑洞，因为薄薄的气体和尘埃云就可以削弱仪器检测到的辐射。由于PSO167-13是这些观测之一，天文学家预计它未被遮挡。 [rml_read_more] Vito的团队通过使用Chandra观测PSO167-13以及其他九个类星体来测试这个想法。经过16个小时的观测后，仅从PSO167-13中检测到三个X射线光子，均具有相对较高的能量。由于低能X射线比高能X射线更容易被吸收，可能的解释是，类星体被气体高度遮挡，因此我们只能检测到高能X射线。 来自宾夕法尼亚州立大学、该文论的共同作者Niel Brandt说：“这完全是一个惊喜，就像我们期待一只飞蛾，却找到了一个茧。正如预期，我们观测到的其他9个类星体都未被遮挡。” 关于PSO167-13的一个有趣的转折是，它所在的星系有一个紧密的伴星系（companion galaxy），之前被智利的阿塔卡马大型毫米波阵列（Atacama Large Millimeter Array，ALMA）和哈勃太空望远镜所观测到。由于它们距离太近，而且X射线源又很微弱，该团队无法确定新发现的X射线是来自类星体PSO167-13还是边上的伴星系。 如果X射线来类星体，那么天文学家需要解释为什么类星体在X射线中看起来非常隐晦，而在可见光下则不然。一种可能性是，在进行光学和X射线观测所间隔的三年中，类星体被遮蔽的程度大幅度并快速增加。 另一方面，如果X射线来自伴星系，那么说明我们在PSO167-13附近探测到了一个新的类星体。这将是我们迄今为止发现的最遥远的类星体对（quasar pair）。 无论是哪种情况，钱德拉探测到的类星体来自大爆炸后8亿年，将是人们看到的最远的类星体。在此之前，最早的记录是13亿年。 研究团队计划跟进更多观测以了解更多信息。 来自智利天主教大学、千禧天体物理学研究所（Millennium Institute of Astrophysics，MAS）的成员、论文共同作者Franz Bauer表示，“通过更长时间的钱德拉观测，我们将能够更好地估计黑洞被遮蔽的程度，并且识别出X射线源究竟是来自类星体还是伴星系。” 研究团队还计划寻找更多高度隐蔽的黑洞。 “我们怀疑早期宇宙中的大多数超大质量黑洞是高度隐蔽的：所以探测并研究它们、了解它们如何能够如此迅速地增长到十亿个太阳质量，是至关重要的，”来自意大利国家天文物理研究所（INAF，位于意大利博洛尼亚）、共同作者Roberto Gilli说。 研究结果的论文发表在《天文与天体物理学报（Astronomy and Astrophysics）》，可在线获取。NASA马歇尔太空飞行中心负责管理钱德拉计划。史密森天体物理天文台的钱德拉X射线中心（位于马萨诸塞州剑桥）控制科学和飞行操作。 有关更多钱德拉的图像、多媒体和相关材料，请访问：http://www.nasa.gov/chandra

超新星遗迹中的元素分布

超新星遗迹中的元素分布

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2019 August 1 Elements in the Aftermath Image Credit: NASA/CXC/SAO Explanation: Massive stars spend their brief lives furiously burning nuclear fuel. Through fusion at extreme temperatures and densities surrounding the stellar core, nuclei of light elements ike Hydrogen and Helium are combined to heavier elements like Carbon, Oxygen, etc. in a progression which ends with Iron. So a supernova explosion, a massive star’s inevitable and spectacular demise, blasts back into space debris enriched in heavier elements to be incorporated into other stars and planets and people). This detailed false-color x-ray image from the orbiting Chandra Observatory shows such a hot, expanding stellar debris cloud about 36 light-years across. Cataloged as G292.0+1.8, this young supernova remnant is about 20,000 light-years distant toward the southern constellation Centaurus….

钱德拉X射线天文台探测到来自另一颗恒星的日冕物质抛射

钱德拉X射线天文台探测到来自另一颗恒星的日冕物质抛射

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这幅艺术家的插图描绘了日冕物质抛射(CME)，这涉及到物质的大规模抛射，经常在我们的太阳上被观测到。新的研究利用钱德拉X射线天文台首次探测到来自于我们自身以外的恒星的日冕物质抛射，为这些强大现象提供了新的见解。顾名思义，这些事件发生在日冕中，日冕是恒星的外层大气。 这个“太阳系外”的日冕物质抛射是由一颗名为HR 9024的恒星发出的，它距离地球约450光年。这是研究人员第一次从太阳以外的恒星中彻底地识别和鉴定出日冕物质抛射的特征。这一事件以强烈的X射线闪光为特征，随后是巨大的等离子体气泡的发射，即含有带电粒子的热气体。 This artist’s illustration depicts a coronal mass ejection, or CME, which involves a large-scale expulsion of material, and have frequently been observed on our Sun. A new study using the Chandra X-ray Observatory detected a CME from a star other than our own for the first time, providing a novel insight into these powerful phenomena. As the name implies these events occur in the corona, which is the outer atmosphere of a star. This “extrasolar” CME was seen emanating from a star called HR 9024, which is located about 450 light years from Earth. This represents the first time that researchers have thoroughly identified and characterized a CME from a star other than our Sun. This event was marked by an intense…

科学家发现“被流放”的双星

科学家发现“被流放”的双星

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科学家已经发现证据，表明恒星对儿已被踢出其宿主星系（host galaxies）。通过NASA钱德拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory）的观测数据，这一发现是双星系统（binary system）被逐出星系的最明确的例子之一。 天文学家用“双星系统”来指代绕行彼此的恒星。这些恒星对儿可以由像太阳这样的恒星组成，也可以是更奇特、密度更大的天体，比如中子星、甚至黑洞。 从天炉座星系团（Fornax Cluster）中弹出的双星。Credits: NASA/CXC/南京大学/X. Jin et al. [rml_read_more] 大质量恒星在“命运的终点”会爆炸形成超新星（supernova），其内核在自身重力下坍缩，最终形成中子星（Neutron）。在某些条件下，这些产生中子星的巨大爆炸不是对称的。这种反冲效应（recoil effect）产生的力可以把它自己从星系中弹出去。新的钱德拉结果表明，有时伴星（companion star，双星系统中较小的那个）也会被迫一起离开星系。 “这就像一位客人被要求与一位吵闹的朋友一起离开派对，”来自加拿大麦吉尔大学、这项研究的负责人Xiangyu Jin说，“这种情况下，伴星被强行拖出星系只是因为它与变成超新星的恒星在同一质心的轨道上。” 天文学家是如何发现被驱逐的双星的呢？如果伴星离得足够近，来自它的物质将向密度更大的中子星旋转，并在中子星周围形成一个圆盘。来自中子星的强大引力使得该盘中的物质在接近中子星时旋转得更快，盘中的摩擦力将气态盘加热到数千万度。在如此高温下，物质盘会发出高能X射线。 Jin和她的合作者在天炉座星系团的综合研究（使用Chandra1999年至2015年间的数据）中发现了X射线双星（X-ray binaries）在星系外的信号。这个星团距离我们不算远，大约有6000万光年。 通过结合大型钱德拉数据集与光学观测数据，研究人员搜索了天炉座星系团中心约60万光年半径内的X射线源，最终发现了30对可能“被驱逐”的恒星。 “比起之前被束缚在某个星系中，这些恒星现在存在于星系之间，或是正在远离它们宿主星系，”来自中国南京大学的合著者Meicun Hou说道。 该团队还发现了另外150个X射线源，似乎位于星团内恒星的边界之外。然而，它们并非起源于被驱逐。一种可能性是它们形成于天炉座星系团中心星系的晕圈（halos）或更外圈的地方；第二种可能性是它们在附近星系飞越的过程中被其引力拉离星系，又或是星系碰撞时被剥离的恒星的残留。科学家认为这种相互作用在天炉座星系团这样的拥挤区域中相对普遍。 “这就像一个聚会结束时，宾客们各回各家，只留下了东道主，”来自南京大学的共同作者Zhenlin Zhu说，“就天炉座星系团而言，极端的情况是原始星系不存在了。” 钱德拉观测的总曝光时间为15天，使得该团队能够在其搜索区域发现1177个X射线源，其中覆盖了天炉座星系团中的29个星系。该团队估计了这些光源中有多少可能属于星系团，有多少是来自星系团之外的遥远地方。最终大约有180个源位于星团中星系的主要恒星区域之外。 “虽然我们对这些发现感到非常兴奋，但我们的数据表明，可能还有更多被流放的双星，它们在钱德拉数据中太微弱以至于我们察觉不到，”南京大学的合著者Zhiyuan Li说，“我们需要更长时间的钱德拉观测才能发现这些较为暗淡的光源。” 研究论文发表在2019年5月1日的《天体物理学杂志》上，网页版：https://arxiv.org/abs/1902.03733 有关更多钱德拉X射线天文台的更多图像、多媒体、和相关材料，请访问：http://www.nasa.gov/chandra